智能给水控制器的软硬件设计

作者：时间：2011-05-12 来源：网络收藏

3.3 压力表信号采集与光电隔离电路

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/162095.htm

　　位于用户管网的压力传感器监测到的压力信号经过光电隔离电路进行滤波和隔离处理后，进入C8051F-410内部的ADC模块，实现按比例转换，转换为12 b数字量，以供单片机对其信号进行处理和计算。为了保证输入量与转换量程相称，充分发挥A/D转换器的分辨率，在对压力信号进行A/D转换之前经过光电隔离电路时，就已将外部传入的O～5 V模拟电压转换为O～2 V模拟电压信号。电路原理如图3所示。

　　由图3可见，外部电压信号从IN端口接入，经过隔离和滤波电路，转换为O～2 V电压，从ADC端口送入单片机。同时在模拟信号采集到单片机系统的过程中，各种干扰信号都会随着被测量信号进入MCU控制系统，这些信号迭加在有用的被测信号上会降低测量的准确度，造成控制系统的不稳定。以上电路设计便利用线性光耦进行光电之间的相互转换，利用光作为媒介进行信号传输，在电气上使测量系统与现场信号完全隔离，从而实现了电平线性转换且不把现场的电噪声干扰引入到控制系统中。

　　3.4 控制变频器输出电路

　　单片机通过内部的电流输出型数/模转换模块(IDAC)，将计算得出的数字量转化为模拟电压输出，其输出电压经过滤波和比例转换处理后用来控制变频器的频率。同时为了保证单片机IDAC输出电压稳定可靠，不受干扰，外部电路同样采用了光电隔离电路，其电路原理图如图4所示。

　　3.5 外扩E2PROM存储器电路

　　该设计采用Atmel公司的E2PROM芯片AT24C02，其体积小，性能优，使用灵活方便，能够在系统掉电之后存储一些用户设定和运行的状态参数，以便重新启动机器之后读取。处理器自身集成的SMBus兼容I2C接口，可以直接与AT24C02通信，此方案不仅设计单，工作可靠，而且成本低廉。电路原理如图5所示。

　　3.6 继电器控制输出电路

　　主控制器驱动5个灵敏继电器K1～K5，分别控制1个泄流阀和2个泵电机，实现对泄流阀的打开与关断控制和泵的变频或工频状态切换。单片机通过信号线RX与TX将继电器状态控制信号串行输出给串行移位寄存器芯片74HC595D，由74HC595D将输出状态的硬件锁存，以防止输出状态被干扰，最后通过达林顿管ULN2003提高驱动能力，以控制水泵电机的工作状态和泄流阀的动作。

　　4控制器的软件设计

　　该设计中对变频器输出频率的调节采用PID控制算法，其控制算法就是对偏差的比例、积分和微分。它是连续系统中技术成熟，应用最广泛的一种算法，特别是在工业控制中，因为控制对象的精确数学模型很难建立，系统参数又经常发生变化，因此常采用PID控制算法，其控制示意图如图6所示。